Análise das mudanças ambientais da Geleira Viéville, Baía do Almirantado, Ilha Rei George, Antártica

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1 Pesquisas em Geociências, 42 (1): 61-71, jan./abr Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil ISSN E-ISSN Análise das mudanças ambientais da Geleira Viéville, Baía do Almirantado, Ilha Rei George, Antártica Kátia Kellem da ROSA 1, Rueliton Zambon SARTORI 2, Claudio Wilson MENDES JR.¹ & Jefferson Cardia SIMÕES 1 1 Centro de Pesquisas Antárticas e Climáticas, Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Av. Bento Gonçalves, 9500, CEP , Porto Alegre, RS. katia.rosa@ufrgs.br, jefferson.simoes@ufrgs. br, geoclaudiomendes@gmail.com. 2 Universidade Federal da Fronteira Sul. Av. Dom João Hoffman, 313, Erechim, RS. rueliton@ambiente.eng. br. Recebido em 01/07/2014. Aceito para publicação em 15/03/2015. Versão online publicada em 30/04/2015 ( Resumo - Este artigo objetiva analisar as mudanças ambientais na Geleira Viéville, localizada na Baía do Almirantado, Ilha Rei George, Antártica, com a utilização de um Sistema de Informações Geográficas (SIG) e dados meteorológicos. Por meio de fotografias aéreas (1956 e 1979), imagens SPOT (1988, 1995 e 2000) e COSMO-SkyMed (2011) foram mapeadas as áreas em diferentes anos da geleira para auxiliar na reconstrução do padrão de retração. Os dados de retração demonstram que a área da geleira passou de 23,49 km² de área em 1956 para 19,01 km² em 2011, sem avanço frontal neste período. Com base no Modelo Digital de Terreno (MDT) foram derivados mapas de hipsometria, declividade, aspecto e sombreamento. Técnicas de processamento digital de imagens demonstraram o padrão de dispersão espacial da turbidez na água no ambiente glaciomarinho (na parte frontal da geleira). Estes resultados indicam que o aporte de sedimentos e fluxo da água de degelo está relacionado com o processo de retração da geleira por fusão subglacial em condições de regime termo-basal úmido. Palavras-chave: Sistema de Informações Geográficas, retração glacial, mudanças ambientais. Abstract - Environmental changes analysis of the Viéville Glacier, Admiralty Bay, King George Island, Antarctica. This paper aims to investigate environmental changes in Vieville Glacier, located in Admiralty Bay, King George Island, Antarctica, with the use of the Geography Information System (GIS) and meteorological data. Aerial photographs (1956 and 1979), SPOT (1988, 1995 e 2000) and COSMO-SkyMed (2011) images were used to mapping and generate data of the glacial areas to provide the glacial pattern of retreat reconstruction. The retreat data demonstrated that the Viéville Glacier had km² in area in 1956 and changed for km² in 2011 without glacial front advance in the studied period. The Digital Terrain Model (DTM) was used for generated hypsometric, slope, aspect and hillshade maps. Image digital processing results demonstrated the spatial dispersion pattern of the water plume zones in glaciomarine environment (in front section of the glacier). These results indicated that the sediment delivery and meltwater flow are related with glacial retreat process through of the subglacial melt with wet-based subglacial conditions. Keywords: Geographic Information System, glacial retreat, environmental changes. 1 Introdução A utilização de técnicas de Sensoriamento Remoto e o Processamento Digital de Imagens tem apresentado resultados satisfatórios em termos de acurácia e no entendimento da evolução da retração de geleiras, direção e velocidade de fluxo do gelo, mudanças temporais na dinâmica de degelo superficial e padrão de dispersão de sedimentos no ambiente glaciomarinho. A velocidade de fluxo de uma geleira está relacionada com o balanço de massa, deformações internas e com o regime termal basal (Menzies, 1995). A relação do balanço de massa da geleira pode ser influenciada por diversos fatores, como variações na temperatura, precipitação e modificações na interface gelo-rocha. Quando ocorre fusão supraglacial ou fusão subglacial em uma geleira pode haver a formação de canais subglaciais de água doce na zona subglacial. Este aporte de água de degelo possui capacidade de transporte sedimentar do material produ- 61

2 Rosa et al. zido pela abrasão de uma geleira. Ao longo da parte frontal de uma geleira de descarga há o processo de liberação dos sedimentos e água de degelo formando uma pluma de sedimentos. O transporte de sedimentos por uma rede de drenagem subglacial é considerado como a forma dominante de descarga sedimentar na maioria das geleiras temperadas em ambientes glaciomarinhos (Menzies, 1995). A carga de sedimentos em suspensão da água oriunda do degelo é um indicador de fusão subglacial e processos erosivos glaciais como a abrasão. Este processo pode produzir sedimentos de uma granulometria fina como silte e argila (Syvtiski, 1989). O fluxo de sedimentos em fiordes de zonas temperadas é controlado pela descarga de água de fusão e de desprendimento de gelo (Syvtiski, 1989). A fusão das geleiras de marés, a partir de jatos englaciais e subglaciais nos seus términos, forma as plumas de sedimentos em suspensão, as quais se misturam com a água (Syvitski, 1989). A formação das plumas de sedimentos em suspensão na frente das geleiras possui uma variabilidade de acordo com as diferenças de descargas e os processos glaciomarinhos que podem causar a mistura da coluna de água (Powell, 1990). A Baía do Almirantado, escolhida como área de estudo, se encontra em uma área considerada importante para tais investigações, pois nela podem-se estabelecer relações entre a sedimentação glaciomarinha atual e processos controlados pelas condições glaciológicas. Turner et al. (2009), Blindow et al. (2010) e IPCC (2013) apontam um aquecimento regional (3 C) na Península Antártica nas últimas décadas, sendo a lha Rei George, por exemplo, umas das regiões mais sensíveis às variações climáticas. Os dados de retração evidenciados corroboram com estudos anteriores de (Bremer, 1998; Simões et al., 1999; Arigony-Neto, 2001; Braun & Goßmann, 2002; Rosa, 2012). Sendo que essas retrações têm sido ligadas diretamente ao aquecimento regional na Península Antártica nas últimas décadas. Neste trabalho objetiva-se investigar se está ocorrendo retração glacial e alteração na dinâmica sedimentar proximal glaciomarinha na Geleira Viéville. Também serão verificadas evidências de alterações em fatores que possam estar relacionados às mudanças detectadas. A geleira Viéville, localizada na Baía do Almirantado, pode ser sensível às mudanças climáticas evidenciadas para a área de estudo. Assim, é relevante a realização do monitoramento dos efeitos das mudanças ambientais nas geleiras localizadas nessa região polar, assim como para investigar como estas influenciam nos processos de sedimentação glacial na área de estudo. O monitoramento do aporte de água de degelo e sedimentos liberado pelas geleiras é relevante para o estudo das mudanças na dinâmica glacial, do transporte de sedimentos e ainda para a formação de geoformas glaciais (Jansson et al., 2003). 2 Área, materiais e métodos 2.1 Área A Geleira Viéville, geleira de maré com uma área total de 19,01 km² (com base cartográfica de 2011), localiza-se no setor norte da Baía do Almirantado, na Ilha Rei George, Shetlands do Sul ( S e W), Antártica (Fig. 1). Na Ilha Rei George, geleiras de maré ou de descarga são geralmente confinadas em fiordes, sendo a produção de água de degelo e o transporte de sedimentos em suspensão na água importantes componentes do ambiente glaciomarinho da região (Anderson & Molnia, 1989). As geleiras de maré na área de estudo possuem gradiente superficial acentuado, fluxo relativamente rápido e muitas fendas. O embasamento das Shetlands do Sul constitui-se de rochas formadas desde o Pré-Cambriano até o Eoceno a Mioceno, sendo formado por rochas sedimentares, metassedimentares, vulcânicas e de suítes intrusivas. A litoestratigrafia do arquipélago se constitui de sedimentos do Paleozoico Superior, eventualmente metamorfizados em função dos processos vulcânicos (Jurássico ao Paleoceno) e de intrusões plutônicas (Cretáceo Superior ao Paleoceno) (Curl, 1980). O clima é caracterizado por passagens de sistemas ciclônicos, oriundos do setor Sudeste do Oceano Pacífico. Com isto o ar transportado para este local é relativamente quente e úmido (Aquino, 1999). Devido à sua localização, as Shetlands do Sul possuem clima tipicamente subpolar marítimo (Setzer & Hungria, 1994). A temperatura média do verão atinge 2ºC, resultando em uma produção de água de degelo durante essa estação (Braun, 2001). Estudos geomorfológicos na Ilha Rei George indicam que a região teve uma complexa história de deglaciação (John & Sudgen, 1971). Os registros de erosão glacial em ambiente subaéreo em algumas áreas da ilha mostram três distintas fases de glaciação desde o Ultimo Máximo Glacial - UMG (Seong et al., 2006). A extensão máxima da calota de gelo na glaciação do Pleistoceno Superior ocorreu, aproximadamente, entre e anos AP (Birkenmajer, 1981) e as formas erosivas 62

3 Pesquisas em Geociências, 42 (1): 61-71, jan./abr refletem esse período quando a espessura do gelo atingiu aproximadamente m. Entre AP houve uma deglaciação (Mäusbacher et al., 1989). Em torno AP ocorreu o optimum climático do Holoceno (Domack et al., 2001). Estudos sugerem um novo optimum climático em AP (Yoon et al., 2000) precedido por um avanço glacial entorno de AP nas Shetlands do Sul (Yoon et al., 2000). Extensas áreas de gelo cobriam os fiordes na ilha Rei George há anos (Yoon et al., 2000). A expansão mais recente da glaciação ocorreu durante a Pequena Idade do Gelo ( DC) e deixou registrada morainas de avanço laterais (Birkemajer, 1981; Seong et al., 2006). O atual período interglacial tem tendência ao aquecimento; no entanto esse aumento na temperatura atmosférica vem ocorrendo de forma muito rápida no último século na área de estudo. Esta região apresentou nas últimas décadas um aquecimento regional mais intenso, quando comparado a outras regiões do planeta (IPCC, 2007, 2013). Segundo Turner et al. (2005), ocorreu aumento desta temperatura de até +0,56ºC por década no setor oeste da Península Antártica (na estação Faraday/Vernadsky, S, W) desde De acordo com Monaghan et al. (2008), a temperatura da região da Península Antártica aumentou 3ºC desde Na Ilha Rei George a temperatura aumentou 1 C durante as últimas três décadas e o campo de gelo da Ilha é sensível às mudanças climáticas (Blindow et al., 2010). Figura 1. Localização da Geleira Viéville (a). O quadro menor localiza a Ilha Rei George na região ao norte da Península Antártica (b). 2.2 Materiais e métodos A metodologia incluiu a utilização de imagens de satélite SPOT em 1988, 1995 e 2000 com resolução espacial de 20 m, um mosaico aerofotogramétrico (fotografias aéreas dos anos de 1956, 1979 e 2003, resolução 1 m, fornecida pela Estação Chilena Antártica no período de Fevereiro) e também imagens Cosmo-SkyMed adquiridas em fevereiro de 2011, as quais possuem resolução espacial de 1 m e foi obtida da Agência Espacial Europeia de colaboração científica com o Laboratório de Monitoramento da Criosfera da Universidade Federal de Rio Grande (FURG) (Tab. 1). Com estes dados foram mapeados os limites da geleira nos diferentes anos (no período de 1956 a 2011). Através do Software ArcGIS elaborou-se um mapa de retração da geleira (Fig. 2) para o período de 1956 a As tabelas 2 e 3 mostram estes valores em km². Com base em um MDT (Modelo Digital de Terreno) foram derivados em um SIG (Sistema de Informações Geográficas) mapas hipsométricos, de declividade, de aspecto e de sombreamento. Os mapas foram utilizados para inferir sobre a dinâmica glacial. Para a confecção do Mapa de Aspecto, o MDT foi classificado em oito classes, sendo que cada classe foi definida pelo ângulo do azimute de orientação das vertentes, calculados 63

4 Rosa et al. pelo 3D Analyst no Software ArcGis. Na elaboração do Mapa de Sombreamento, o MDT foi classificado visando demonstrar onde há uma maior rugosidade superficial na geleira. Foram analisados também dados anuais de temperatura média superficial do ar desde 1960, disponibilizados pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) coletados na Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF), localizada Baía do Almirantado, Ilha Rei George. Estes dados foram tratados estatisticamente e plotados em gráficos para verificar as relações existentes com o padrão de retração da geleira no mesmo período. Os dados de temperaturas anuais no verão e no inverno foram plotados juntamente com a retração anual estimada (Fig. 3). Técnicas de Processamento Digital de Imagens (PDI) foram adotadas para verificar a dispersão espacial da turbidez do ambiente glaciomarinho (na parte frontal da geleira-imagem 2000). Para obter o mapa de turbidez na zona frontal da geleira foi utilizada a técnica de segmentação da imagem definindo-se amostras por limites de semelhança entre os locais com agrupamento de pixels, e após este procedimento foi utilizado o algoritmo de classificação supervisionada Máxima Verossimilhança, conforme estudo de Blaschke & Kux (2007). Desta forma, foi possível verificar a intensidade dos processos de produção de sedimentos e fluxo da água de degelo relacionado ao processo de retração da geleira por fusão subglacial. Tabela 1. Fonte dos dados utilizados para a determinação de variações na frente da geleira Viéville e para a geração de mapas morfométricos. CPC (Centro Polar e Climático), AEE (Agência Espacial Européia) SHOA (Servicio Hidrografico Oceanografico de la Armada de Chile). Imagem MDE do setor norte da Baía do Almirantado Mosaico de imagens SPOT Aerofotos Quickbird Data Escala/ Resolução Sistema de Coordenadas/ Datum m UTM, WGS 84 02/23/ /1956, 02/ / /2006 Fonte Pelos autores 20 m UTM, WGS 84 CPC 1:50000 UTM, WGS 84 SHOA 0,6 m UTM, WGS 84 CPC Dados integrados ao SIG Geração de mapas morfométricos Posição das frentes de gelo e classificação da área com pluma de sedimentos no ambiente glaciomarinho proximal Geração de mosaico aerofotogramétrico para inferir a posição da frente de gelo Posição da frente de gelo Cosmo-SkyMed 02/ m UTM, WGS 84 AEE Posição da frente de gelo 3 Resultados e discussões A análise que relacionou os dados de retração da geleira com os dados meteorológicos do local no período ( ) possibilitou verificar a relação da perda de área da geleira (Figs. 2 e 3) com a variabilidade da temperatura média superficial do ar ao longo das últimas décadas. Verifica-se que nos períodos entre e houve uma intensificação na taxa de retração (0,143 km²/ano e 0,144 km²/ano por ano, respectivamente). Esta retração pode estar relacionada à tendência de picos na temperatura superficial média do ar registrados nos invernos destes intervalos. No ano de 1995 ocorreu uma diminuição na temperatura média do ar superficial anual no inverno na estação antártica Comandante Ferraz EACF (62º05 S; 58º23,5 W), o que pode ter influenciado a diminuição da retração no período de (0,092 km²/ano) (Setzer & Harter, 2004). Comparando-se a perda de 20% ( ) de área da Geleira Viéville com as geleiras vizinhas, como a Dragão, que perdeu 50% de sua 64

5 Pesquisas em Geociências, 42 (1): 61-71, jan./abr área ( ) (Rosa et al., 2014a), ou ainda com a Geleira Wanda, que perdeu 31% de sua área ( ) (Rosa et al., 2014b), pode-se inferir que, por sua maior dimensão (19 km²), a Geleira Viéville possui uma menor taxa de retração frontal na área de estudo. Tabela 2. Variação da área da Geleira Viéville entre 1956 e Anos Área (km²) , , , , , ,01 Tabela 3. Taxa de retração anual estimada para a Geleira Viéville entre 1956 e Anos Retração (km²) 0,85 0,59 1,00 0,46 1,58 Intervalo (anos) Taxa de retração (km²/ano) em cada período 0,037 0,066 0,143 0,092 0,144 Figura 2. Mapa de retração frontal da Geleira Viéville. 65

6 Rosa et al. Os resultados da geração de dados hipsométricos, a partir da classificação do MDT em oito (8) classes com um intervalo em cada classe de 100 m, demonstraram que a geleira tem altitudes que variam de m em relação ao nível do mar (Fig. 4). Figura 3. Taxa de retração média anual e variação da temperatura média superficial do ar anual. Figura 4. Mapa hipsométrico da Geleira Viéville. 66

7 Pesquisas em Geociências, 42 (1): 61-71, jan./abr Para a obtenção do Mapa de Declividade, o MDT foi classificado em seis classes, que variam de Muito Baixa a Muito Alta (Fig. 5). A geleira possui sua parte frontal com maior declividade, o que pode influenciar em uma maior velocidade de deslizamento basal e produção sedimentar. Se a geleira estiver com sua parte frontal ancorada em bancos morâinicos ou/e embasamento rochosos esta velocidade de deslize basal pode ser atenuada. Os resultados do Mapa de Aspecto (Fig. 6) indicaram que nesta geleira predominam orientações sudoeste-oeste e sul-sudoeste e, devido à latitude, ela recebe menos incidência de radiação solar do que as geleiras voltadas para o norte na área de estudo. Esta relação tem influência no balanço de energia no ambiente glacial e pode, ao longo do tempo, influenciar nos processos de ablação. Figura 5. Mapa de declividade da Geleira Viéville. Como mostrado na figura 7, o relevo possui irregularidades na acumulação do gelo na parte frontal da geleira, em função da maior declividade e obstáculos do embasamento rochoso, o que promove uma zona de fendas. O processo de retração da Geleira Viéville é acompanhado por degelo subglacial observado pela pluma de turbidez frontal no ambiente glaciomarinho (Fig. 8). A área de turbidez na zona proximal glaciomarinha pode estar relacionada com uma área de sedimentos em suspensão. Este processo pode ser interpretado como vinculado ao processo de retração por fusão e abrasão subglacial relacionado ao um regime termal basal úmido para a Geleira Viéville, ou seja, próximo do ponto de fusão sob pressão. Pesquisas de Macheret et al. (1997) também indicam que a massa de gelo da Ilha Rei George está no ponto de fusão sob pressão (Macheret & Moskalevsky, 1999; Pfender 1999; Simões, et al., 2004). Mantos de gelo frio com temperaturas abaixo do ponto de degelo sob pressão e pouca quantidade de água de degelo são distinguidos de campos de gelo temperados que apresentam temperaturas sob o ponto de pressão, onde a água de degelo está presente dentro do corpo de gelo (Paterson, 1994). De acordo com Aquino (1999), o clima atual é um dos fatores principais no controle dos processos de retração das frentes de gelo e sedimentação na região. Variações na temperatura e precipitação afetam a geração de água de degelo, e influenciam o suprimento de material terrígeno. Adicionalmente, o clima subpolar marítimo da ilha implica em forte aporte de água de degelo, facilitando os 67

8 Rosa et al. processos erosivos pelas geleiras e a transferência desses produtos de erosão para o ambiente glaciomarinho. A concentração destes sedimentos pode estar relacionada com a quantidade de descarga de água de degelo e os sedimentos são um produto da erosão por abrasão da geleira. Esta produção sedimentar é transportada por um sistema de drenagem subglacial e gera um aporte na área frontal da geleira. Figura 6. Mapa de aspecto da Geleira Viéville. Figura 7. Mapa de sombreamento da Geleira Viéville. 68

9 Pesquisas em Geociências, 42 (1): 61-71, jan./abr Figura 8. Mapa mostrando a área de turbidez na água na zona frontal da Geleira Viéville. As plumas de sedimentos identificadas na superfície da baía estão relacionadas, principalmente, ao aporte de água de degelo proveniente de canais subglaciais diretamente pelo término da geleira (Pecherzewski, 1980; Gruber, 1989; Griffth & Anderson, 1989; Domack et al., 1989; Domack & Ishman, 1993; Yoon et al., 1997, 1998; Aquino 1999; Pilchmaier et al., 2004). Pilchmaier et al. (2004) relacionaram a variação dos sedimentos em suspensão com o aumento da descarga de água de degelo e erosão, e ainda com ressuspensão de sedimentos previamente depositados no fundo marinho. A distribuição espacial da concentração de sedimentos suspensão varia fortemente com as condições meteorológicas e oceanográficas na área (Vogt & Braun, 2004). A diminuição da área da geleira pode ser verificada através da variação das imagens dos diferentes anos. Os dados de retração obtidos demostram que a geleira diminuiu de área de 23,49 km² em 1956 para 19,01 km² em 2011, sem que houvesse avanço de sua posição frontal neste período. Técnicas de processamento digital de imagens demonstraram o padrão de dispersão espacial da zona de turbidez no ambiente glaciomarinho na parte frontal da geleira. Estes resultados indicam que o aporte de sedimentos e fluxo da água de degelo está relacionado com o processo de retração da geleira por fusão subglacial em condições de regime termo-basal úmido e também podem evidenciar condições de base frontal flutuante (não ancorado no fundo marinho). Através da análise que correlacionou a retração da geleira com os dados meteorológicos do local no período analisado, observou-se que em alguns períodos a perda de área da geleira está relacionada com a variabilidade da temperatura média superficial do ar anual. Por este processo de fusão ocorre um aumento na descarga de água doce no ambiente glaciomarinho, que pode causar mudanças no ecossistema local, na dinâmica glacial, na produção de sedimentos glaciais e no nível médio local do mar. Quando há descarga de água doce e sedimentos para a baía pode ocorrer um grande impacto no ambiente marinho costeiro e também no ecossistema terrestre (Vogt & Braun, 2004). 6 Conclusões A geleira Viéville mostrou-se ser sensível às mudanças climáticas evidenciadas para a área de estudo, com diminuição de 4,48 km² em sua área no período de Constatou-se também que a geleira possui condições de base frontal flutuante e possui aporte de água de degelo proveniente de canais subglaciais. A geleira responde às variações de temperatura média anual do ar em alguns períodos estudados com maior ou menor retração. Os resultados indicam que o comportamento 69

10 Rosa et al. dinâmico da Geleira Viéville pode estar respondendo às variações de temperatura média anual superficial do ar em alguns períodos observados. Essa resposta pode ser influenciada pelas características de área, espessura da geleira, assim como variações na precipitação de neve e precipitação líquida anual. Para a compreensão da resposta das variações climáticas nas últimas décadas na dinâmica glacial é relevante realizar futuros estudos sobre alterações no balanço de massa e variações na precipitação de neve anual e precipitação líquida no verão. O MDT e os mapas morfométricos gerados e disponibilizados em um SIG podem ser utilizados para futuros estudos sobre a dinâmica glacial e análise das variações ambientais de parâmetros como a variação da atitude da linha de neve e auxiliar na avaliação de alterações no balanço de massa da geleira. Para a verificação da relação da turbidez com a produção de sedimentos pela geleira é relevante uma amostragem em campo para avaliar a concentração dos sedimentos em suspensão, assim como monitoramento multitemporal com a verificação de correlações com mudanças na dinâmica glacial. Assim, tal geleira é de interesse para os estudos ambientais devido às suas respostas relativamente rápidas (intervalos de década) às mudanças climáticas. As alterações relacionadas com a retração frontal geram mudanças na dinâmica sedimentar da enseada. Agradecimentos - Este trabalho foi desenvolvido com o financiamento de recursos provenientes do Conselho Nacional para o Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, proc /2013-4). Referências Anderson, J.B. & Molnia, B.F Glacial-marine sedimentation. Short course in Geology. American Geophysical Union, Washington, 127p. Aquino, F.E Sedimentação moderna associada à geleira de maré Lange, ilha Rei George, Antártica. Porto Alegre, 106p. 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